PL187245B1

PL187245B1 - Internal combustion engine exhaust valve

Info

Publication number: PL187245B1
Application number: PL97330429A
Authority: PL
Inventors: Harro A. Hoeg
Original assignee: Man B & W Diesel As
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2004-06-30
Also published as: ATE197337T1; US6244234B1; ES2152676T3; EP0901564B1; CN1221472A; NO320617B1; WO1997047861A1; JP2000505148A; NO985611L; DE69703444C5; DE69703444D1; EP0901564A1; DE69703444T2; JP3421055B2; NO985611D0; KR100419932B1; HK1019914A1; PL330429A1; DK64196A; KR20000016391A

Abstract

An exhaust valve for an internal combustion engine including a movable spindle with a valve disc of a nickel-based alloy which also constitutes an annular seat area at the upper surface of the valve disc. The seat area abuts a corresponding seat area on a stationary valve member in the closed position of the valve. At manufacturing, the seat area of the valve disc is subjected to a thermo-mechanical deformation process at a temperature lower than or around the recrystallization temperature of the alloy. The seat area on the upper surface of the valve disc has been given dent mark preventing properties in the form of a yield strength of at least 1000 MPa at a temperature of approximately 20° C. by means of the thermo-mechanical deformation process and possibly a yield strength increasing heat treatment.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnętrznego spalania, w szczególności do dwusuwowego silnika wodzikowego, zawierającego ruchomy trzonek z grzybkiem zaworu ze stopu na bazie niklu, który tworzy także pierścieniowy obszar przylgni na górnej powierzchni grzybka zaworu, który to obszar przylgni styka się z odpowiadającym mu obszarem przylgni na stacjonarnym elemencie zaworu gdy zawór jest zamknięty, przy czym obszar przylgni grzybka zaworu jest poddany w procesie wytwarzania procesowi odkształcenia termomechanicznego, w trakcie którego materiał ulega co najmniej częściowej obróbce plastycznej na zimno.The present invention relates to an exhaust valve for an internal combustion engine, in particular for a two-stroke crosshead engine, comprising a movable stem with a nickel-based alloy valve head, which also forms an annular seat area on the top surface of the valve plug, which seat area contacts the corresponding the seat area on the stationary valve member when the valve is closed, the seat area of the valve plug being subjected during the manufacturing process to a thermomechanical deformation process during which the material is at least partially cold worked.

Rozwój zaworów wylotowych do silników spalinowych był przez wiele lat ukierunkowany na zwiększenie trwałości i niezawodności zaworów. W tym celu trzonki zaworów wykonywano z grzybkami z materiału odpornego na działanie temperatury i korozję od strony dolnej powierzchni grzybka i z materiału twardego w obszarze przylgni.The development of exhaust valves for internal combustion engines has for many years been aimed at increasing the durability and reliability of the valves. For this purpose, the valve stems were made with the plugs of a material resistant to temperature and corrosion on the lower surface of the plug and of a hard material in the seat area.

Obszar przylgni ma szczególnie istotne znaczenie dla niezawodności zaworu wylotowego, ponieważ prawidłowe działanie zaworu wymaga jego szczelnego zamykania. Jest rzeczą dobrze znaną, że zdolność przylgni do szczelnego zamykania może zmniejszyć się wskutek korozji w pewnym obszarze w wyniku tzw. wypalania, a wówczas w poprzek pierścieniowej powierzchni uszczelniającej pojawia się rynienka w kształcie kanału, przez którą przepływaThe seat area is particularly important for the reliability of the exhaust valve, as the valve must be tightly closed to function properly. It is well known that the sealability of the seal may decrease due to corrosion in a certain area as a result of the so-called during the firing process, and then a channel-shaped gutter appears across the annular sealing surface, through which the flow

187 245 gorący gaz gdy zawór jest zamknięty. W niekorzystnych okolicznościach ten stan uszkodzenia może pojawić się i rozwinąć powodując całkowitą niesprawność zaworu w czasie krótszymi niż 80 godzin pracy, co oznacza, że często niemożliwe jest wykrycie początkowego uszkodzenia w trakcie normalnego przeglądu. W konsekwencji wypalenie przylgni zaworu może spowodować nieplanowane przestoje. Jeżeli silnik jest jednostką napędową statku, awaria może wystąpić podczas konkretnego rejsu pomiędzy dwoma portami, co może spowodować problemy podczas rejsu i niezamierzone postoje w porcie.187 245 hot gas when valve is closed. Under unfavorable circumstances, this failure condition can occur and develop, resulting in a complete valve failure in less than 80 hours of operation, which means that it is often impossible to detect the initial failure during normal maintenance. As a consequence, valve seat burnout can result in unplanned downtime. If the engine is a propulsion unit for a vessel, failure may occur on a particular voyage between two ports, which may result in voyage problems and unintentional port stops.

Mając na względzie zapobieganie wypalaniu przylgni zaworów, na przestrzeni lat opracowano wiele materiałów o coraz większej twardości na przylgnie zaworów, aby uczynić przylgnie zaworu odporną na zużycie poprzez zwiększenie jej twardości i zmniejszyć zjawisko tworzenia się wgnieceń. Wgniecenia stanowią warunki sprzyjające tworzeniu się wypaleń, ponieważ wgniecenia mogą utworzyć miała nieszczelność, przez którą przepływa gorący gaz. Gorący gaz może nagrzewać materiał wokół nieszczelności do temperatury przy której gaz ze składnikami aktywnymi wywiera oddziaływanie korodujące na materiał przylgni, a wówczas nieszczelność szybko się rozrasta i natężenie przepływu gorącego gazu rośnie, co powoduje eskalację erozji. Oprócz zwiększania twardości, materiałom przylgni starano się także nadać wyższą odporność na korozję termiczną w celu opóźnienia erozji po wystąpieniu małej nieszczelności.In an effort to prevent burn-off of valve seats, many materials have been developed over the years with increasing hardness for valve seats to make the valve seat wear-resistant by increasing its hardness and reducing dent formation. Dents are a favorable condition for burn-through formation, as the dents can create a fine leak through which the hot gas flows. The hot gas can heat the material around the leak to a temperature at which the gas with active ingredients has a corrosive effect on the seat material, then the leak grows rapidly and the hot gas flow rate increases, resulting in an escalation of erosion. In addition to increasing hardness, efforts were made to make the seat materials more resistant to thermal corrosion in order to delay erosion after a small leak.

Zawór wylotowy powyższego typu, wykonany z materiału NIMONIC 80A opisano w artykule „Herstellung von Ventilspindeln aus einer Nickelbasislegierung fur Schiffsdieselmotoren, Berg- und Huttenmannische Monatshefte, tom 130, wrzesień 1985, Nr 9. Kucie na gorąco prowadzi się w taki sposób, że uzyskuje się wysoką twardość w obszarze przylgni. Biorąc pod uwagę mechaniczne właściwości zaworu wylotowego, takie jak wytrzymałość zmęczeniowa itp., artykuł zaleca, aby zawór z materiału NIMONIC 80A miał umowną granice plastyczności wynoszącą co najmniej 800 MPa.An exhaust valve of the above type, made of NIMONIC 80A material is described in the article "Herstellung von Ventilspindeln aus einer Nickelbasislegierung fur Schiffsdieselmotoren, Berg- und Huttenmannische Monatshefte, vol. 130, September 1985, No. 9. Hot forging is carried out in such a way that high hardness in the seat area. Taking into account the mechanical properties of the exhaust valve, such as fatigue strength, etc., the article recommends that a valve made of NIMONIC 80A material should have a yield point of at least 800 MPa.

Europejski opis patentowy nr EP-A-0 280467 ujawnia zawór wylotowy wykonany z materiału NIMONIC 80A, wytwarzanego z półwyrobu kutego na żądany kształt po wyżarzaniu rekrystalizującym. Przylgnia zaworu jest więc obrabiana na zimno w celu zapewnienia wysokiej twardości. Następnie zawór może być utwardzany wydzieleniowo.EP-A-0 280 467 discloses an outlet valve made of NIMONIC 80A material, manufactured from a desired shape forged blank after recrystallization annealing. The valve face is therefore cold worked to ensure a high hardness. Then the valve can be precipitation hardening.

Książka „Diesel engine combustion chamber materials for heavy fuel operation” opublikowana w 1990 przez The Institute of Marine Engineers w Londynie, w szeregu artykułów zawiera doświadczenie zebrane w dziedzinie materiałów na zawory wylotowe i dostarcza zaleceń odnośnie konstruowania zaworów pod kątem uzyskania długiego okresu trwałości. Co się tyczy przylgni zaworów, artykuły te jednogłośnie stwierdzają, że materiał przylgni musi mieć wysoką twardość i być materiałem o wysokiej odporności na korozję na gorąco. Szereg różnorodnych, korzystnych materiałów na zawory wylotowe omówiono w artykule 7 książki „The physical and mechanical properties of valve alloys and their use in component evaluation analyses”, włączając do zawartej w nim analizy mechanicznych właściwości materiałów tablicę porównawczą umownej granicy plastyczności, wynoszącej poniżej około 820 MPa.The book "Diesel engine combustion chamber materials for heavy fuel operation", published in 1990 by The Institute of Marine Engineers in London, provides a series of articles with experience in exhaust valve materials and recommendations for valve design for long service life. Regarding the seat of the valves, these articles unanimously state that the seat material must be of high hardness and be a material with high resistance to hot corrosion. A wide variety of preferred exhaust valve materials are discussed in article 7 of the book "The physical and mechanical properties of valve alloys and their use in component evaluation analyzes", including a comparative table of yield strength of less than about 820 in its analysis of mechanical properties of the materials. MPa.

Jest rzeczą pożądaną przedłużenie żywotności zaworu wylotowego, a w szczególności zmniejszenie lub uniknięcie nie przewidywalnego i szybkiego rozwoju wypaleń w obszarze przylgni zaworu. Zgłaszający przeprowadził próby z powstawaniem wgnieceń w materiałach przylgni i w przeciwieństwie do ustalonego stanu wiedzy odkrył nieoczekiwanie, że twardość materiału przylgni ma niewielki wpływ na pojawianie się wgnieceń.It is desirable to extend the life of the exhaust valve, and in particular to reduce or avoid the unforeseeable and rapid development of burn-outs in the valve seat area. The Applicant has tested the formation of dents in seat materials and, contrary to the established state of the art, has surprisingly found that the hardness of the seat material has little effect on the appearance of dents.

Celem mniejszego wynalazku jest zatem dostarczenie zaworu wylotowego wykonanego w obszarach przylgni z materiałów, w przypadku których wzięto pod uwagę mechanizm prowadzący do powstawania wgnieceń, dzięki czemu osłabia się lub eliminuje podstawowy warunek występowania wypaleń.It is therefore an object of the present invention to provide an exhaust valve made in seat areas of materials for which a denting mechanism has been envisaged, thereby reducing or reducing the underlying condition for burn-through.

Tak więc zawór wylotowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że grzybek zaworu jest wykonany ze stopu na bazie niklu, który może osiągnąć wartość umownej granicy plastyczności co najmniej 1000 MPa, a obszarowi przylgni na górnej powierzchni grzybka zaworu nadano właściwości zapobiegające powstawaniu wgnieceń przez nadanie umownej granicy plastyczności (Rp0,2/ wynoszącej co najmniej 1000 MPa w temperaturze około 20°C drogąThus, the outlet valve according to the invention is characterized in that the valve plug is made of a nickel-based alloy which can reach a yield strength of at least 1000 MPa, and the seat area on the upper surface of the valve plug is provided with anti-dent properties by giving a conventional limit a yield strength (Rp0.2 / of at least 1000 MPa at about 20 ° C by road

187 245 odkształcenia termomechanicznego i ewentualnie obróbki cieplnej podwyższającej wartość umownej granicy plastyczności.Thermomechanical deformation and possibly heat treatment increasing the value of the yield strength.

Wgniecenia tworzą się w wyniku oddziaływania cząstek produktów spalania, takich jak cząstki koksu, które płyną z komory spalania poprzez zawór i do układu wylotowego gdy zawór wylotowy jest otwarty. Gdy zawór zamyka się, cząstki mogą zostać pochwycone pomiędzy zamykającymi się powierzchniami uszczelniającymi przylgni i gniazda zaworowego.The dents are formed by the interaction of combustion product particles, such as coke particles, that flow from the combustion chamber through the valve and into the exhaust system when the exhaust valve is open. When the valve closes, particles can become trapped between the closing sealing surfaces of the valve seat and valve seat.

Badając liczne wgniecenia, na trzonkach pracujących zaworów zaobserwowano, że nowe wgniecenia bardzo rzadko osiągają górne obrzeże zamykające tzn. linię obwodową, wzdłuż której górna krawędź nieruchomego elementu zaworu styka się z ruchomą, stożkową przylgnią zaworową. W praktyce wgniecenia kończą się w odległości około 0,5 mm od obrzeża zamykającego, które to zjawisko pozostaje nie wyjaśnione, ponieważ także w tym obszarze można oczekiwać pochwycenia cząstki.When examining numerous dents on the stems of working valves, it was observed that the new dents very rarely reach the upper closing rim, i.e. the circumferential line along which the upper edge of the stationary valve element meets the movable, conical valve seat. In practice, the indentations end at a distance of approximately 0.5 mm from the closing rim, a phenomenon that remains unexplained, since particle entrapment can be expected in this area as well.

Teraz właśnie stwierdzono, że brak wgnieceń bezpośrednio przy obrzeżu zamykającym spowodowany jest faktem, że cząstki koksu i inne, nawet bardzo twarde cząstki, ulegają rozbiciu na proszek zanim zawór zamknie się całkowicie. Część proszku zostaje wydmuchnięta równocześnie z rozbiciem cząstek, ponieważ gaz z komory spalania przepływa przez szczelinę pomiędzy zamykającymi się powierzchniami uszczelniającymi w przybliżeniu z prędkością dźwięku. Wysoka prędkość gazu powoduje wydmuchnięcie proszku znajdującego się w pobliżu obrzeża zamykającego, a nieobecność wgnieceń poza obrzeżem pokazuje, że prawie wszystkie cząstki chwytane pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi ulegają sproszkowaniu. Nawet bardzo grube cząstki tracą grubość w wyniku skruszenia i wydmuchiwania proszku, a w praktyce wytrącone stosiki proszku mogącego spowodować wgniecenia mają największą grubość równą 0,5 mm, a normalną grubość maksymalną rzędu 0,3-0,4 mm.It has now been found that the absence of dents directly at the closing rim is due to the fact that the coke particles and other, even very hard particles, are broken into powder before the valve closes completely. Part of the powder is blown out simultaneously with the breakdown of the particles as the gas from the combustion chamber flows through the gap between the closing sealing surfaces at approximately the speed of sound. The high gas velocity causes the powder near the sealing rim to be blown out, and the absence of dents beyond the rim shows that almost all particles caught between the sealing surfaces are pulverized. Even very coarse particles lose thickness as a result of powder crushing and blowing, and in practice, the precipitated heaps of indenting powder have a maximum thickness of 0.5 mm and a normal maximum thickness of 0.3-0.4 mm.

W szczególności w najnowszych rozwiązaniach silników, w których maksymalne ciśnienie może wynosić 19,5 MPa, nacisk na dolną powierzchnię grzybka może osiągać do 400 ton. Gdy zawór wylotowy jest zamknięty i ciśnienie w komorze spalania osiąga maksimum, powierzchnie uszczelniające są całkowicie dociśnięte do siebie wokół zamkniętego stosiku proszku. Nie można temu zapobiec bez względu na to, jak twarde są przylgnie i gniazda.In particular, in the latest engine solutions, where the maximum pressure can be 19.5 MPa, the pressure on the lower surface of the plug can reach 400 tons. When the exhaust valve is closed and the pressure in the combustion chamber is at its maximum, the sealing surfaces are fully pressed together around the closed powder pile. This cannot be prevented, no matter how hard the clings and seats are.

Gdy rozpoczyna się spalanie paliwa i wzrasta ciśnienie w cylindrze, a tym samym nacisk na grzybek zaworu, zamknięty stosik proszku zaczyna wędrować w głąb dwóch powierzchni uszczelniających, a jednocześnie materiały przylgni ulegają odkształceniu sprężystemu. Podczas tego odkształcania sprężystego nacisk powierzchniowy pomiędzy stosikiem proszku a powierzchniami uszczelniającymi wzrasta, co zwykle powoduje taką deformację stosika proszku, że zajmuje on większą powierzchnie. Jeżeli stosik proszku jest dostatecznie gruby, odkształcenie sprężyste zachodzi nadal, aż do osiągnięcia przez nacisk w obszarze styku stosiku proszku wartości umownej granicy plastyczności materiału przylgni o najniższej umownej granicy plastyczności, po czym ten materiał przylgni ulega odkształceniu plastycznemu i rozpoczyna się proces powstawania wgniecenia. Odkształcenie plastyczne może spowodować wzrost umownej granicy plastyczności w wyniku utwardzania przez zgniot. Gdy obydwa materiały przylgni w lokalnym obszarze wokół stosiku proszku uzyskają w ten sposób jednolite umowne granice plastyczności, stosik proszku rozpoczyna odkształcanie plastyczne także drugiego materiału przylgni.When combustion of the fuel begins and the pressure in the cylinder increases, and thus the pressure on the valve plug, the closed pile of powder begins to travel into the two sealing surfaces, and at the same time the seat materials undergo elastic deformation. During this elastic deformation, the surface pressure between the powder pile and the sealing surfaces increases, which usually causes the powder pile to deform so much that it occupies a larger area. If the powder pile is thick enough, the elastic deformation continues until the pressure in the contact area of the powder pile reaches the yield strength of the seat material with the lowest yield strength, after which this seat material plastic deforms and the indentation process begins. Plastic deformation may increase the yield strength as a result of work hardening. When the two seat materials in the local area around the powder pile thus achieve uniform yield strengths, the powder pile starts plastic deformation of the other seat material as well.

Jeżeli chce się przeciwdziałać powstawaniu wgnieceń, nie można tego uczynić, jak już wspomniano powyżej, poprzez zwiększenie twardości materiału przyigni, a zamiast tego należy je uczynić sprężystymi, co uzyskuje się wykonując obszary przylgni o wysokiej umownej granicy plastyczności. Wyższa umowna granica plastyczności zapewnia dwojaki efekt. Po pierwsze, materiał przylgni o wyższej umownej granicy plastyczności może być wystawiany na większe naprężenia sprężyste, a więc może wchłonąć grubszy stosik proszku zanim wystąpi odkształcenie plastyczne. Drugi zasadniczy efekt wiąże się z charakterem powierzchni uszczelniających w obszarach leżących naprzeciw stosiku proszku. Profil wgniecenia utworzonego w wyniku odkształcenia plastycznego jest równy i gładki, sprzyjając uzyskaniu przez stosik proszku większej średnicy, co częściowo zmniejsza naprężenia w strefie styku w wyniku zwiększenia powierzchni styku. W chwili przejścia od odkształcenia sprężystego do plastycznego powstaje szybko wgniecenie o głębszym i bardziej nieregularnym profilu, któreIf it is desired to prevent the formation of dents, this cannot, as already mentioned above, be done by increasing the hardness of the material of the bolts, but must instead be made resilient, which is achieved by making seat areas with high yield strength. A higher yield strength has a twofold effect. First, a seat material with a higher yield strength may be subjected to higher elastic stresses and thus may absorb a thicker powder pile before plastic deformation occurs. The second principal effect relates to the nature of the sealing surfaces in the areas facing the powder pile. The profile of the indentation created by plastic deformation is even and smooth, favoring the powder pile to obtain a larger diameter, which partially reduces stresses in the contact zone by increasing the contact area. At the moment of transition from elastic to plastic deformation, a dent with a deeper and more irregular profile is quickly formed, which

187 245 spowoduje niekorzystne zakotwiczenie stosiku proszku a więc będzie przeciwdziałać dalszemu korzystnemu powiększaniu średnicy stosiku.The 187 245 will disadvantageously anchor the powder pile and thus counteract any further advantageous enlargement of the pile diameter.

Próby wykazały, że w zaworze wylotowym stosik proszku o grubości około 0,14 mm może ulec wchłonięciu pomiędzy dwoma obszarami przylgni wykonanych z materiałów o dolnej granicy dla umownej granicy plastyczności równej 1000 MPa, bez jakiegokolwiek odkształcenia powierzchni uszczelniających. Duża część cząstek pochwyconych pomiędzy powierzchniami przylgni ulegnie skruszeniu do grubości około 0,15 mm. Zawór wylotowy według wynalazku uniemożliwia znaczącej liczbie cząstek tworzenie wgnieceń, ponieważ powierzchnia przylgni po prostu powraca do początkowego kształtu gdy zawór otwiera się i w tym samym czasie reszta pokruszonych cząstek ulega zdmuchnięciu z powierzchni przylgni.Tests have shown that, in the outlet valve, a pile of powder about 0.14 mm thick can be absorbed between two seat areas made of materials with a lower limit for a yield strength of 1000 MPa, without any deformation of the sealing surfaces. A large proportion of the particles caught between the seat surfaces will crumble to a thickness of about 0.15 mm. The exhaust valve according to the invention prevents a significant number of particles from forming indentations because the seat surface simply returns to its original shape when the valve opens and at the same time the rest of the crushed particles are blown off the seat surface.

Mając na względzie wzrost właściwości sprężystych obszaru przylgni, korzystne jest aby materiał obszaru przylgni miał umowną granice plastyczności wynoszącą co najmniej 1100 MPa, korzystnie co najmniej 1200 MPa. Moduł Younga dla aktualnie stosowanych materiałów przylgni pozostaje zasadniczo niezmieniony przy wzrastającej umownej granicy plastyczności, co daje w przybliżeniu liniową zależność pomiędzy umowną granicą plastyczności a największym odkształceniem sprężystym. Z powyższego rozumowania wynika, że materiał przylgni o umownej granicy plastyczności równej 2500 MPa lub większej byłby idealny, ponieważ mógłby wchłonąć stysiki proszku o zwykle najczęściej występującej grubości wyłącznie w drodze odkształcenia sprężystego. Obecnie jednak brak jest odpowiednich materiałów o tak wysokiej umownej granicy plastyczności. Z dalszego ciągu opisu wyniknie, że niektóre spośród materiałów przylgni dostępnych obecnie mogą być obrabiane w sposób powodujący wzrost umownej granicy plastyczności do co najmniej 1100 MPa. Przy zachowaniu tych samych wartości pozostałych parametrów, ten 10% wzrost umownej granicy plastyczności spowoduje co najmniej 10%o zmniejszenie głębokości wszelkich wgnieceń. Dla większości typów cząstek odpowiednia granica 1200 MPa jest dostatecznie wysoka, aby zapewnić zauważalne zmniejszenie grubości stosiku, co w konsekwencji może spowodować zmniejszenie głębokości wgnieceń o około 30%, lecz równocześnie ogranicza liczbę możliwych do zastosowania materiałów. Dotyczy to również materiałów przylgni o umownej granicy plastyczności równej co najmniej 1300 MPa.With a view to increasing the elastic properties of the seat area, it is preferred that the seat area material has a yield strength of at least 1100 MPa, preferably at least 1200 MPa. The Young's modulus for currently used seat materials remains substantially unchanged with increasing yield strength, resulting in an approximately linear relationship between the yield strength and the greatest elastic strain. It follows from the above reasoning that a seat material with a yield strength of 2500 MPa or greater would be ideal as it could absorb the usual thickness of powder by only elastic deformation. Currently, however, there are no suitable materials with such a high yield strength. It will be seen from the following description that some of the seat materials available today can be treated to increase the yield strength to at least 1100 MPa. If the other parameters are kept the same, this 10% increase in the yield strength will result in at least a 10% reduction in the depth of any dents. For most types of particles, the appropriate limit of 1200 MPa is high enough to provide a noticeable reduction in the thickness of the pile, with the consequent reduction in dent depth by about 30%, but at the same time limiting the number of materials that can be used. This also applies to seat materials with a yield strength equal to at least 1300 MPa.

W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania wynalazku materiał obszaru przylgni ma umowną granicę plastyczności wynoszącą co najmniej 1400 MPa. Ta umowna granica plastyczności jest co najmniej dwukrotnie większa niż w przypadku aktualnie stosowanych materiałów, a opierając się na obecnym zrozumieniu mechanizmu powstawania wgnieceń uważa się, że materiał o tak wysokiej umownej granicy plastyczności może w znacznym stopniu wyeliminować problemy z wypalaniem przylgni. Głębokość nielicznych wgnieceń, jakie mogą utworzyć się w tym materiale przylgni, będzie zbyt mała na to, aby umożliwić przepływ gorącego gazu poprzez nieszczelność w ilości dostatecznie dużej dla podgrzania materiału przylgni do temperatury, w której korozja na skutek gorąca staje się znacząca.In a particularly preferred embodiment of the invention, the material of the seat area has a yield strength of at least 1400 MPa. This yield strength is at least twice that of the currently used materials, and based on the present understanding of the indentation mechanism, it is believed that a material with such a high yield strength can largely eliminate seat firing problems. The depth of the few indentations that may be formed in this seat material will be too small to allow hot gas to flow through the leak in an amount sufficiently large to heat the seat material to a temperature where heat corrosion becomes significant.

W jednej z postaci wynalazku obszary przylgni odpowiednio na nieruchomym elemencie zaworu i grzybku zaworu mają tę samą umowną granicę plastyczności w temperaturze roboczej obszarów przylgni. Równomierne w znacznym stopniu wartości umownej granicy plastyczności obydwu materiałów dają w efekcie w przybliżeniu ten sam sposób odkształcania obydwu powierzchni uszczelniających gdy stosik proszku jest ściskany pomiędzy nimi, co zmniejsza wynikowe odkształcenie plastyczne każdej z powierzchni. Nieruchomy obszar przylgni jest chłodniejszy niż obszar przylgni na trzpieniu, co oznacza, że materiał trzpienia powinien mieć wyższą umowną granicę plastyczności w temperaturze około 20°C, wziąwszy pod uwagę fakt, że umowna granica plastyczności wielu materiałów obniża się w wyższej temperaturze. Postać ta jest szczególnie korzystna gdy nieruchomy obszar przylgni wykonano z materiału odpornego na korozję termiczną.In one embodiment of the invention the seat regions on the stationary valve member and the valve plug, respectively, have the same yield strength at the operating temperature of the seat regions. Substantially uniform yield strength of both materials results in approximately the same manner of deformation of both sealing surfaces when the powder pile is compressed between them, which reduces the resulting plastic deformation of each surface. The stationary seat area is cooler than the seat area on the mandrel, which means that the mandrel material should have a higher yield strength at about 20 ° C given that the yield strength of many materials decreases at higher temperatures. This form is particularly advantageous when the stationary seat area is made of a material that is resistant to thermal corrosion.

Gdy nieruchomy obszar przylgni jest wykonany z hartowanej stali lub żeliwa, obszar przylgni na elemencie nieruchomym ma znacznie wyższą umowną granicę plastyczności niż obszar przylgni na zaworze w roboczej temperaturze obu przylgni. W takiej konstrukcji wszelkie wgniecenia powstawać będą na trzonku zaworu. Zapewnia to dwojaką korzyść. Po pierwsze, obszar przylgni na trzonku jest normalnie wykonany z materiału odpornego na korozjęWhen the stationary seat area is made of hardened steel or cast iron, the seat area on the stationary member has a much higher yield strength than the seat area on the valve at the operating temperature of both seats. In such a construction, any dents will be formed on the valve stem. This has a double benefit. First, the seat area on the shank is normally made of a corrosion-resistant material

187 245 termiczną gorąco, toteż jakiekolwiek wgniecenia będą o wiele trudniej przekształcać się w wypalenia niż gdyby wgniecenie znajdowało się na elemencie nieruchomym. Po drugie, trzonek obraca się tak, że przy każdym zamknięciu zaworu wgniecenie znajdzie się w nowym położeniu względem nieruchomej powierzchni uszczelniającej, przez co oddziaływanie cieplne będzie rozłożone na nieruchomej powierzchni przylgni.Thermal heat, so any dents will be much more difficult to turn into burnouts than if the dent was on a stationary piece. Second, the stem is rotated so that each time the valve is closed, the dent will be in a new position relative to the stationary sealing surface, whereby the thermal action will be distributed over the stationary seat surface.

Obecnie zostaną wymienione różne materiały mogące mieć zgodnie z wynalazkiem zastosowanie jako materiały na grzybki i przylgnie. Należy zauważyć, że NIMONIC jest znakiem zastrzeżonym, będącym własnością INCO Alloys.Various materials which can be used according to the invention as mushroom and adhesive materials will now be mentioned. It should be noted that NIMONIC is a registered trademark of INCO Alloys.

Korzystnie, cały półfabrykat lub co najmniej cały grzybek zaworu wykonany jest ze stopu NIMONlC. Dobrze znane jest zastosowanie stopów NIMONIC 80, NiMONIC 80A czy NIMONIC 81, które wykazały dobre właściwości eksploatacyjne pod względem zużycia i odporności na korozję w korodującym środowisku, jakie występuje w komorze spalania dużego silnika wysokoprężnego. Można także stosować stop NlMONlC Alloy 105, który po odlaniu i zwykłym przekuciu półfabrykatu podstawowego ma umowną granicę plastyczności równą około 800 MPa, i który doprowadzono do wartości powyżej 1000 MPa po zgniocie na zimno równym w przybliżeniu 15%. Można także zastosować NiMONIC PK50, który może być obrabiany plastycznie na zimno i utwardzany wydzieleniowo, do umownej granicy plastyczności równej około 1100 MPa. W przypadku znanych stopów NIMONIC i stopnia odkształcenia 70% w obszarze przylgni, możliwe jest uzyskanie umownej granicy plastyczności równej w przybliżeniu 1400 MPa. Możliwe jest również dalsze zwiększenie umownej granicy plastyczności poprzez obróbkę cieplną drogą utwardzania wydzieleniowego.Preferably, the entire blank or at least the entire valve plug is made of the NIMONlC alloy. The use of NIMONIC 80, NiMONIC 80A and NIMONIC 81 alloys is well known, which have shown good operating properties in terms of wear and corrosion resistance in a corrosive environment such as occurs in the combustion chamber of a large diesel engine. It is also possible to use NlMONlC Alloy 105, which, after casting and simple forging of the stock stock, has a yield strength of about 800 MPa and which has been adjusted to above 1000 MPa after cold workmanship of approximately 15%. It is also possible to use NiMONIC PK50, which can be cold worked and precipitation hardening to a yield strength of about 1100 MPa. With the known NIMONIC alloys and a deformation degree of 70% in the seat area, it is possible to obtain a yield strength of approximately 1400 MPa. It is also possible to increase the yield strength further by heat treatment by precipitation hardening.

Na dobór procesu technologicznego może wpływać wielkość zaworu wylotowego, ponieważ obróbka plastyczna na zimno przy dużym zgniocie procentowym wymaga użycia oprzyrządowania o dużej wytrzymałości gdy grzybek zaworu ma duże wymiary, przykładowo przy średnicy zewnętrznej 130 mm - 500 mm.The selection of the process may be influenced by the size of the outlet valve, since cold working with a high percentage compaction requires the use of high-strength tooling when the valve plug has large dimensions, for example with an outside diameter of 130 mm - 500 mm.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór wylotowy według wynalazku w przekroju wzdłużnym, fig. 2 dwa obszary przylgni w przekroju cząstkowym z naszkicowanymi typowymi wgnieceniami, fig. 3-6 przedstawiają, w przekroju cząsteczkowym, kruszenie cząstek i początkowe etapy powstawania wgnieceń, fig. 7 i 8 - powstawanie wgnieceń na powiększonych przekrojach cząstkowych, fig. 9 przedstawia powierzchnie bezpośrednio po otwarciu zaworu.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the exhaust valve according to the invention in longitudinal section, fig. 2 two seat areas in partial section with sketched typical dents, fig. 3-6 show, in a molecular section, crushing particles and initial stages of dent formation, Figs. 7 and 8 - dent formation on enlarged partial sections, Fig. 9 shows the surfaces immediately after opening the valve.

Figura 1 przedstawia zawór wylotowy 1, przeznaczony do dużego, dwusuwowego silnika spalinowego, mogącego mieć średnicę cylindra 250 - 1000 mm. Nieruchomy element 2 zaworu wylotowego, zwany także elementem dolnym, jest zamontowany w głowicy cylindra, tu nie pokazanej. Zawór wylotowy ma ruchomy trzonek 3, mający na swym dolnym końcu grzybek 4 zaworu i połączony swym drugim końcem w dobrze znany sposób z siłownikiem hydraulicznym do otwierania zaworu i z pneumatyczną sprężyną powrotną, przemieszczającą trzonek do położenia zamknięcia. Fig. 1 przedstawia zawór w położeniu częściowo otwartym.Figure 1 shows an exhaust valve 1 for a large two-stroke internal combustion engine, which may have a cylinder diameter of 250-1000 mm. The stationary element 2 of the exhaust valve, also called the lower part, is mounted in a cylinder head, not shown here. The exhaust valve has a movable stem 3 having a valve head 4 at its lower end and connected at its other end in a well-known manner to a hydraulic actuator for opening the valve and to a pneumatic return spring moving the stem to the closed position. Fig. 1 shows the valve in a partially open position.

Gdy pożądana jest wyższa odporność na korozję niż możliwa do uzyskania w przypadku materiału podstawowego, wówczas dolna powierzchnia grzybka zaworu może być wyposażona w warstwę materiału 5 odpornego na korozję termiczną. Pierścieniowy obszar 6 przylgni na górnej powierzchni grzybka zaworu znajduje się w pewnej odległości od zewnętrznego obrzeża grzybka i ma stożkową powierzchnię uszczelniającą 7. Mimo iż obszar przylgni na figurze ma inne oznaczenie niż grzybek, należy rozumieć, że obydwie części wykonane są z tego samego stopu. Grzybek zaworu do dużego, dwusuwowego silnika wodzikowego może mieć średnicę zewnętrzną 120 - 500 mm w zależności od średnicy wewnętrznej cylindra.When a higher corrosion resistance is desired than that achievable with the base material, the lower surface of the valve plug may be provided with a layer of a thermally corrosion resistant material. An annular seat area 6 on the top surface of the valve plug is spaced from the outer periphery of the plug and has a conical sealing surface 7. Although the seat area in the figure has a different reference than the plug, it should be understood that both parts are made of the same alloy. The valve disc for a large, two-stroke crosshead engine can have an outer diameter of 120 - 500 mm, depending on the inner diameter of the cylinder.

Nieruchomy element zaworu jest także wyposażony w nieco wystający obszar 8 przylgni, tworzący pierścieniową, stożkową powierzchnię uszczelniającą 9, która opiera się o powierzchnię uszczelniającą 7 gdy zawór jest zamknięty. Ponieważ grzybek zaworu zmienia kształt podczas rozgrzewania się do temperatury roboczej, powierzchnię przylgni projektuje się tak, aby dwie powierzchnie uszczelniające byty równoległe w roboczej temperaturze zaworu co oznacza, że na zimnym grzybku zaworu powierzchnia uszczelniająca 7 opiera się o powierzchnię uszczelniającą 9 tylko wzdłuż górnego obrzeża 10 tej ostatniej, usytuowanego najdalej od komory spalania.The stationary valve member is also provided with a slightly protruding seat area 8 forming an annular, conical sealing surface 9 which abuts the sealing surface 7 when the valve is closed. As the valve plug changes shape when it warms up to operating temperature, the seat surface is designed so that the two sealing surfaces are parallel at the operating temperature of the valve, which means that on the cold valve plug, the sealing surface 7 rests against the sealing surface 9 only along the upper rim 10 the latter, farthest from the combustion chamber.

187 245187 245

Figura 2 przedstawia typowe wgniecenie 11, kończące się w przybliżeniu w odległości około 0,5 mm od obrzeża zamykającego na powierzchni uszczelniającej 7, a mianowicie łuku koła, na którym górne obrzeże 10 uderza o powierzchnię uszczelniającą 7, co pokazano pionową linią punktową.Figure 2 shows a typical indentation 11 terminating approximately 0.5 mm from the closing rim on the sealing surface 7, namely the arc of a circle in which the upper rim 10 hits the sealing surface 7 as shown by a vertical dotted line.

Figura 3 przedstawia twardą cząstkę 12, która uległa pochwyceniu pomiędzy dwiema powierzchniami uszczelniającymi 7, 9 bezpośrednio przed całkowitym zamknięciem zaworu. Podczas trwającego ruchu w kierunku zamknięcia zaworu cząstka ulega skruszeniu na proszek, którego znaczną część porywa gaz przepływający pomiędzy przylgniami z prędkością dźwięku, jak pokazano strzałką A na fig. 4. Część proszku z rozkruszonej cząstki pozostanie unieruchomiona pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi 7, 9 ponieważ cząstki najbliższe powierzchniom są zatrzymywane przez siły tarcia, a cząstki w przestrzeni wewnętrznej są zatrzymywane przez siły ścinania w proszku. W efekcie tworzą się stożkowate stosiki proszku zwrócone wierzchołkami do siebie. Dotychczas przyjmowane założenie odnośnie chwytania stałej cząstki pomiędzy powierzchniami przylgni jest więc nieprawidłowe. Zamiast tego występuje zmniejszenie ilości materiału pochwyconego pomiędzy przylgniami, ponieważ część proszku ulega wydmuchnięciu.Figure 3 shows the hard particle 12 that has become trapped between the two sealing surfaces 7, 9 just before the valve is fully closed. During the ongoing movement towards the valve closure, the particle is crushed into a powder, a significant part of which is entrained by the gas flowing between the faces at the speed of sound, as shown by arrow A in Fig. 4. surfaces are retained by frictional forces, and particles in the interior space are retained by powder shear forces. As a result, conical piles of powder are formed with their tops facing each other. The assumption made so far regarding the gripping of the solid particle between the seat surfaces is therefore incorrect. Instead, there is a reduction in the amount of material trapped between the faces as some of the powder is blown out.

W dalszym ciągu ruchu związanego z zamykaniem zaworu, stożkowate skupiska proszku zapadają się i rozkładają w płaszczyźnie styku powierzchni, do postaci soczewkowatego skupiska proszku czyli stosiku proszku, jak pokazano na fig. 5. Stwierdzono, że to soczewkowate skupisko proszku ma grubość maksymalną równą 0,5 mm, a normalne grubości największych skupisk wynoszą 0,3 - 0,4 mm.As the valve closes in motion, the conical powder agglomerates collapse and unfold in the plane of contact with the surfaces to form a lenticular powder agglomerate or pile of powder, as shown in Figure 5. This lenticular powder agglomeration has been found to have a maximum thickness of 0. 5mm, and the normal thicknesses for the largest clusters are 0.3-0.4mm.

Figura 6 przedstawia sytuację, gdy zawór jest zamknięty, lecz przed zamknięciem ciśnienie w komorze spalania wzrasta w wyniku spalania paliwa. Pneumatyczna sprężyna powrotna sama w sobie nie jest dostatecznie silna, aby dociągnąć powierzchnię uszczelniającą 7 sposób całkowicie szczelny do powierzchni uszczelniającej 9 w obszarze wokół skupiska proszku.Figure 6 shows the situation where the valve is closed, but before closing, the pressure in the combustion chamber increases due to combustion of the fuel. The pneumatic return spring on its own is not strong enough to pull the sealing surface 7 completely tight against the sealing surface 9 in the area around the powder aggregate.

Gdy ciśnienie w komorze spalania wzrasta po zapłonie paliwa, skierowana ku górze siła nacisku na dolną powierzchnię grzybka znacznie wzrasta, dociskając powierzchnie uszczelniające do siebie i równocześnie skupisko proszku zaczyna odkształcać sprężyście powierzchnie uszczelniające. Jeżeli skupisko proszku jest dostatecznie grube, a umowna granica plastyczności materiału nie jest dostatecznie wysoka, odkształcenie sprężyste przejdzie w odkształcenie plastyczne, czyniąc wgniecenie trwałym. Fig. 7 przedstawia sytuację, w której nieruchomy obszar 8 przylgni ma najwyższą umowną granice plastyczności i w której obszar 6 przylgni na grzybku zaworu ulega odkształceniu sprężystemu do punktu tuż poniżej umownej granicy plastyczności. Podczas trwającego nadal ściskania do całkowicie ściśniętego położenia powierzchni uszczelniających, pokazanego na fig. 8, skupisko proszku zagłębia się w powierzchnie uszczelniającą, przy czym materiał przylgni ulega odkształceniu plastycznemu.As the pressure in the combustion chamber increases after ignition of the fuel, the upward pressure on the lower surface of the plug increases significantly, pressing the sealing surfaces together and at the same time the powder agglomeration begins to elastically deform the sealing surfaces. If the powder agglomeration is sufficiently thick and the yield strength of the material is not high enough, the elastic deformation will go into plastic deformation, making the dent permanent. Fig. 7 shows a situation where the fixed seat area 8 has the highest yield strength and where the seat area 6 on the valve plug is elastically deformed to a point just below the yield strength. During continued compression to the fully compressed position of the sealing surfaces shown in Fig. 8, the powder aggregate penetrates the sealing surfaces and the seat material is plastically deformed.

Gdy zawór ponownie otwiera się, wypływający gaz wydmuchuje cząstki, jak pokazano na fig. 9 i równocześnie materiały przylgni powracają sprężyście do stanu bez obciążenia. W zależności od tego, w jakim stopniu wystąpiło odkształcenie plastyczne na jednej lub obydwu powierzchniach przylgni, na powierzchni uszczelniającej wystąpi trwałe wgniecenie 11 o mniejszej głębokości niż największe wgniecenie wykonane przez skupisko proszku. Im wyższa umowna granica plastyczności, tym mniejsze wgniecenie.When the valve reopens, the outflowing gas blows the particles as shown in Figure 9 and at the same time the seat materials spring back to the unloaded condition. Depending on the extent to which plastic deformation has occurred on one or both of the seat surfaces, there will be a permanent dent 11 on the sealing surface of a smaller depth than the largest indentation made by the powder cluster. The higher the yield strength, the smaller the dent.

Poniżej podane zostaną przykłady składów chemicznych odpowiednich materiałów. Wszystkie ilości podano w procentach wagowych, pomijając nieuniknione zanieczyszczenia. Należy także wspomnieć, że wartości umownej granicy plastyczności w niniejszym opisie oznaczają średnią umowną granicę plastyczności w temperaturze 20°C, chyba że podano inną temperaturę. Stopy są stopami na bazie niklu z zawartością chromu (lub stopami na bazie chromu z zawartością niklu) i mają tę właściwość, że nie ma wprost proporcjonalnej zależności pomiędzy twardością stopu a jego umowną granica plastyczności, lecz przeciwnie, istnieje prawdopodobnie zależność pomiędzy twardością a wytrzymałością na rozciąganie. W odniesieniu do tych stopów, umowna granica plastyczności oznacza granicę dla odkształcenia 0,2 (Rp0,2)·Examples of the chemical compositions of suitable materials are given below. All amounts are percentages by weight, disregarding unavoidable impurities. It should also be mentioned that the yield stress values in this specification mean the mean yield strength at 20 ° C, unless a different temperature is stated. The alloys are nickel-based alloys with chromium content (or chromium-based alloys with nickel) and have the property that there is no directly proportional relationship between the hardness of the alloy and its yield strength, but on the contrary, there is probably a relationship between hardness and toughness. stretching. For these alloys, the proof stress is the 0.2 strain limit (Rp0.2)

Stop NLMONIC Alloy 105 ma skład nominalny: 15% Cr, 20% Co, 5% Mo, 4,7% Al, do 1% Fe, 1,2% Ti i resztę Ni.NLMONIC Alloy 105 has the nominal composition: 15% Cr, 20% Co, 5% Mo, 4.7% Al, up to 1% Fe, 1.2% Ti and the rest Ni.

187 245187 245

Stop NIMONIC 80A zawiera do 0,1% C, do 1% Si, do 0,2% Cu, do 3% Fe, do 1% Mn, 18-21% Cr, 1,8-2,7% Ti, 1,0-1,8% Al, do 2% Co, do 0,3% Mo, do 0,1% Zr, do 0,008% B, do 0,015% S i resztę Ni.NIMONIC 80A alloy contains up to 0.1% C, up to 1% Si, up to 0.2% Cu, up to 3% Fe, up to 1% Mn, 18-21% Cr, 1.8-2.7% Ti, 1 , 0-1.8% Al, up to 2% Co, up to 0.3% Mo, up to 0.1% Zr, up to 0.008% B, up to 0.015% S and the remainder Ni.

Stop NIMONIC 80 zawiera nominalnie 0,04% C, 0,47% Si, 21% Cr, 0,56% Mn, 2,45% Ti, 0,63% Al i resztę Ni.The NIMONIC 80 alloy contains nominally 0.04% C, 0.47% Si, 21% Cr, 0.56% Mn, 2.45% Ti, 0.63% Al and a balance Ni.

Stop NIMONIC 81 zawiera do 0,1% C, 29-31% Cr, do 0,5% Si, do 0,2% Cu, do 1% Fe, do 0,5% Mn, 1,5-2% Ti, do 2% Co, do 0,3% Mo, 0,7-1,5% Al i resztę Ni.NIMONIC 81 alloy contains up to 0.1% C, 29-31% Cr, up to 0.5% Si, up to 0.2% Cu, up to 1% Fe, up to 0.5% Mn, 1.5-2% Ti , up to 2% Co, up to 0.3% Mo, 0.7-1.5% Al and the rest Ni.

Stop NIMONIC PK50 zawiera nominalnie 0,03% C, 19,5% Cr, 3% Ti, 1,4% Al, do 2% Fe, 13-15,5% Co, 4,2% Mo i resztę Ni.The NIMONIC PK50 alloy contains nominally 0.03% C, 19.5% Cr, 3% Ti, 1.4% Al, up to 2% Fe, 13-15.5% Co, 4.2% Mo and a balance Ni.

Stop Rene 220 zawiera 10-25% Cr, 5-25% Co, do 10% Mo+W, do 11% Nb, do 4% Ti, do 3% Al, do 0,3% C, 2-23% Ta, do 1% Si, do 0,015% S, do 5% Fe, do 3% Mn i resztę Ni. Nominalnie stop Rene 220 zawiera 0,02% C, 18% Cr, 3% Mo, 5% Nb, 1% Ti, 0,5% Al, 3% Ta i resztę niklu. Odkształcenie połączone z utwardzaniem wydzieleniowym może dać niezwykle wysoką umowną granice plastyczności w tym materiale. Przy odkształceniu rzędu 50% w temperaturze 955°C umowna granica plastyczności osiąga w przybliżeniu 1320 MPa; przy Dokształceniu rzędu 50% przy 970°C umowna granica plastyczności osiąga w przybliżeniu 1400 MPa; przy odkształceniu rzędu 50% przy 990°C umowna granica plastyczności osiąga w przybliżeniu 1465 MPa, zaś przy odkształceniu rzędu 25% przy 970°C umowna granica plastyczności osiąga w przybliżeniu 1430 MPa. Zastosowano utwardzanie wydzieleniowe przez 8 godzin w temperaturze 760°C, a następnie przez 24 godziny w temperaturze 730°C i przez 24 godziny w temperaturze 690°C.Rene 220 alloy contains 10-25% Cr, 5-25% Co, up to 10% Mo + W, up to 11% Nb, up to 4% Ti, up to 3% Al, up to 0.3% C, 2-23% Ta , up to 1% Si, up to 0.015% S, up to 5% Fe, up to 3% Mn and the rest Ni. Nominally, the Rene 220 alloy contains 0.02% C, 18% Cr, 3% Mo, 5% Nb, 1% Ti, 0.5% Al, 3% Ta and the remainder of the nickel. The deformation combined with precipitation hardening can give an extremely high yield strength in this material. At a deformation of 50% at 955 ° C, the yield point is approximately 1320 MPa; at a deformation of 50% at 970 ° C, the yield point is approximately 1400 MPa; at a deformation of 50% at 990 ° C, the yield point reaches approximately 1465 MPa, and at a strain of 25% at 970 ° C, the yield point reaches approximately 1430 MPa. The precipitation hardening was applied for 8 hours at 760 ° C, then for 24 hours at 730 ° C and for 24 hours at 690 ° C.

Co się tyczy podanych wyżej składów nominalnych jest rzeczą oczywistą, że w praktyce, w zależności od aktualnie wytwarzanego stopu, wystąpić mogą odchylenia od składu nominalnego, jak również mogą wystąpić nieuniknione zanieczyszczenia we wszystkich składach chemicznych.With respect to the above-mentioned nominal compositions, it is evident that in practice, depending on the alloy actually produced, deviations from the nominal composition may occur as well as unavoidable impurities in all chemical compositions may occur.

Literatura techniczna opisuje szczegółowo sposoby obróbki cieplnej różnorodnych stopów w celu uzyskania utwardzenia wydzieleniowego, a obróbka cieplna w celu uzyskania wyżarzania rekrystalizującego oraz temperatury rekrystalizacji są także dobrze znane.The technical literature describes in detail methods for heat treating various alloys to effect precipitation hardening, and heat treatments to obtain recrystallization annealing and recrystallization temperatures are also well known.

Proces odkształcenia termomechanicznego dla podwyższenia umownej granicy plastyczności obejmuje obróbkę plastyczną materiału na zimno i gorąco znanymi sposobami, np. poprzez walcowanie lub kucie obszaru przylgni bądź inaczej poprzez pobijanie lub młotkowanie tej powierzchni. Po odkształceniu można przeszlifować uszczelniającą powierzchnię przylgni.The process of thermomechanical deformation to increase the yield strength involves cold and hot forming of the material by known methods, e.g. by rolling or forging the seat area or otherwise by hammering or hammering the surface. After deformation, the sealing surface of the seat can be sanded.

Aby zmniejszyć siły wymagane w procesie odkształcenia termomechanicznego, półfabrykat wraz z obszarem przylgni można poddać wyżarzaniu rekrystalizującemu, np. przez 0,1-2 godziny w temperaturze 1000 - 1200°C w zależności od składu chemicznego materiału, a następnie hartowaniu bądź w kąpieli solnej do temperatury pośredniej (zwykle 500°C) z następującym chłodzeniem na powietrzu do temperatury otoczenia, bądź poprzez hartowanie w atmosferach ochronnych i chłodzenie do temperatury otoczenia. Następnie można prowadzić obróbkę plastyczną na gorąco lub na zimno. Aby utrzymać siły na odpowiednio niskim poziomie, obróbkę plastyczna korzystnie prowadzi się w podwyższonej temperaturze około 9001000°C, a mianowicie poniżej lub w okolicy dolnej granicznej temperatury rekrystalizacji, która zwykle wynosi 950-1050°C. W przypadku procesu z obróbką na gorąco, chłodzenie od temperatury wyżarzania rekrystalizującego w przybliżeniu do temperatury rekrystalizacji można korzystnie prowadzić bez uprzedniego chłodzenia do temperatury otoczenia. Możliwe jest prowadzenie obróbki plastycznej w wielu etapach bez podgrzewania pośredniego. W przypadku obróbki plastycznej na zimno ze zgniotem około 20% można zwykle osiągnąć umowną granicę plastyczności równą 1200 MPa. Jeżeli pożądana jest specjalnie wysoka umowna granica plastyczności, po zakończeniu obróbki plastycznej obszar przylgni można poddać utwardzaniu wydzieleniowemu, które może np. trwać 24 godziny w temperaturze 850°C, a następnie przez 16 godzin w temperaturze 700°C.In order to reduce the forces required in the process of thermomechanical deformation, the semi-finished product with the seat area can be recrystallized, e.g. for 0.1-2 hours at a temperature of 1000 - 1200 ° C depending on the chemical composition of the material, and then hardened or in a salt bath to intermediate temperature (usually 500 ° C) followed by cooling in air to ambient temperature, or by quenching in protective atmospheres and cooling to ambient temperature. Thereafter, hot or cold working can be carried out. In order to keep the forces sufficiently low, the working is preferably carried out at an elevated temperature of about 900-1000 ° C, that is below or around the lower limit of the recrystallization temperature, which is usually 950-1050 ° C. In the case of a hot working process, cooling from the recrystallization annealing temperature to approximately the recrystallization temperature may be advantageously carried out without prior cooling to ambient temperature. It is possible to carry out plastic working in many stages without intermediate heating. In the case of cold working with deformation of about 20%, a yield strength of 1200 MPa can usually be achieved. If an especially high yield strength is desired, after plastic working, the seat area can be subjected to precipitation hardening, which may, for example, take 24 hours at 850 ° C followed by 16 hours at 700 ° C.

Półfabrykat podstawowy po wyżej opisanej obróbce można wytworzyć drogą odlewania i klasycznego kucia, bądź alternatywnie z użyciem technologii z dziedziny metalurgii proszków, takich jak procesy HIP albo CIP w połączeniu z wytłaczaniem na gorąco lub podobnym procesem obróbki plastycznej.The stock, after the treatment described above, can be produced by casting and conventional forging, or alternatively using powder metallurgical technologies such as HIP or CIP processes in combination with hot stamping or a similar forming process.

187 245187 245

Trzonek zaworu może być wykonany z materiału innego niż materiał grzybka i w takim przypadku może być zgrzewany tarciowo z grzybkiem.The valve stem may be made of a material other than the material of the plug, in which case it may be friction welded to the plug.

FIG.3FIG. 3

FIG.FIG.

FIG.5FIG.5

FIG. 6FIG. 6

FIG.1FIG.1

FIG.8FIG. 8

FIG.9FIG. 9

187 245187 245

FIGIFIGS

FIG.2FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 50 Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. An exhaust valve for an internal combustion engine, in particular for a two-stroke crosshead engine, comprising a movable stem with a nickel-based alloy valve head that also forms an annular seat area on the upper surface of the valve plug, which seat area contacts the corresponding the seat area on the stationary valve element when the valve is closed, the seat area of the valve plug during the manufacturing process subjected to a thermomechanical deformation process during which the material is at least partially cold worked, characterized in that the valve plug (4) is made made of a nickel-based alloy that can reach a yield strength of at least 1000 MPa, and the seat area (6) on the upper surface of the valve head (4) has been given anti-dent properties by giving a yield strength (Rp0.2) of at least 1000 MPa at a temperature of about 20 ° C by thermomechanical deformation and, possibly, heat treatment increasing the value of the yield strength.

2. The exhaust valve according to claim The seat of claim 1, characterized in that the material of the seat region (6) is a nickel-based alloy having a yield strength of at least 1100 MPa, preferably at least 1200 MPa.

3. The exhaust valve according to claim The seat of claim 2, characterized in that the material of the seat region (6) is a nickel-based alloy having a yield strength of at least 1300 MPa, preferably at least 1400 MPa.

4. The exhaust valve according to claim The seat according to claim 1, characterized in that the seat regions (6, 8) on the valve stationary member and the valve disc, respectively, have the same yield strength at the operating temperature of the seat regions.

5. The exhaust valve according to claim 1 The seat of claim 1, characterized in that the seat area (8) on the fixed element has a higher yield strength than the seat area (6) on the valve plug (4) at the operating temperature of the seat areas.

6. The exhaust valve according to claim 3. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the outer diameter of the valve head (4) is 130mm - 500mm.